几种2.4G无线技术的区别

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社会的不断发展,无线的优点已经逐步显现。如:无线通信覆盖范围大,几乎不受地理环境限制;无线通信可以随时架设,随时增加链路,安装、扩容方便;无线通信可以迅速(数十分钟内)组建起通信链路,实现临时、应急、抗灾通信的目的;而有线通信则有地理的限制、较长的响应时间。无线通信在可靠性、可用性和抗毁性等方面超出了传统的有线通信方式,尤其在一些特殊的地理环境下,更能体现其优越性。随着无线技术的成熟,工业、医疗等行业也开始越来越多地使用 2.4G通信,同时802.15.4、ZigBee以及Wi-Fi也得到更多的应用。ZigBee和Wi-Fi各自具有明显的特点,并且许多特性具有互补性,将二者相结合具有很好的应用前景。为帮助工程师朋友近距离地解答更多设计及应用上碰到的问题,本期专家坐堂特邀请到北京博讯科技有限公司技术主管刘楷来分享他设计中的经验。

ZigBee、Wi-Fi的区别?

ZigBee、Wi-Fi、蓝牙和几种无线技术的对比如下表所示:

  
ZigBee、Wi-Fi、蓝牙和几种无线技术的对比图
ZigBee、Wi-Fi、蓝牙和几种无线技术的对比

Wi-Fi目前已经批量使用,主要在家庭和办公室环境用于PC等设备的局域网络。3G布署后,会有3G+Wi-Fi的一些应用,中国电信的“天翼”就包括这个部分。可以预见很多的嵌入式Wi-Fi设备也会随网络方便会更普及,比如Wi-Fi的POS机和超市中Wi-Fi衡器等。现在工业环境应用也较多,主要表现在串口设备的Wi-Fi接入,用于工业无线数据采集系统。

ZigBee和 IEEE802.15.4的设备主要集中在:工业中的无线传感器检测、低等级控制;个人监护仪器、低功耗无线医疗设备;高端玩具;电器组网和控制;无线消费设备;HVAC和灯光控制等。目前批量的应用主要在资产跟踪、物流管理、智能照明、远程控制、医疗看护和远程抄表系统。

  2.4G无线技术是如何解决频段拥挤的问题呢?

802.15.4使用DSSS,802.11使用DSSS和OFDM。实际使用中,我们测试过办公楼,工厂等环境。通信更多受到阻挡和距离的问题,拥挤没有造成太大影响。
802.15.4、Zigbee技术是WSN网络的最理想选择,具有低功耗的特性,但具体如何实现低功耗,需要考虑什么因素?

IEEE 802.15.4定义了一种可选的MAC层超帧结构,超帧包括活跃(Active)和非活跃(Inactive)两部分在非活跃部分,设备可以进入低功耗模式(休眠状态);在活跃部分又分为竞争期和非竞争期,竞争期提供给以CSMA-CA方式接人的设备使用,非竞争期由若干保障时隙组成,提供给某些需要保留一定数据带宽的设备这种超帧结构体现了IEEE 802.15.4低功耗的一大特点,非活跃期的引入限制了设备之间收发信机的开通时间,在无数据传输时使它们处于休眠状态,从而大大节省了功率开支。

Zigbee设备分为全功能设备和精简功能设备,精简功能设备相对全功能设备协议栈简单并且内存更小,只能和某个全功能设备进行交互而全功能设备具有完备的 IEEE 802.15.4协议功能,能与其传输范围内的任何节点进行交互两种设备相互组合,可以组成网状网络、星型网络和树型网络。

低功耗系统除了在传输上对于功耗的考虑外,在CPU和系统的其他部分也有功率关系。例如,JN5139 SoC本身可以关闭RF,单独运行CPU部分。也可以关闭SoC的片上ADC、串口等外设。对于休眠也可以提供为了快速启动保留RAM内容的休眠,使用中断/比较器/Timer唤醒的休眠和只能 Reset唤醒的深度休眠等模式。这样整个系统才能合理的实现功能和功耗的平衡。

  Zigbee信号的带宽是多少?

ZigBee的底层使用IEEE802.15.4,也就是说物理带宽是IEEE802.15.4的带宽吗也就是250kbps。但是,物理带宽和有效数据速率还有区别。对于ZigBee而言,数据速率还要考虑网络的拓扑结构、数据路由关系、网络中数据量等问题。实际的应用中一定要充分考虑这些因素。因为涉及的因素很多,所以这里不能给出实际计算。经验而言,路由对数据速率的影响最大。每增加一级路由增加100ms~200ms的时间。所以说ZigBee 不是一个实时的网络。其次是网络并发的数据对速率也有较大的影响。总之,ZigBee适合低速传感应用,实际带宽要考虑网络实际情况。

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